پنهان کردن حرکت حرکتی به‌شکل گرما

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesamiرهام حسامی

محل اقامت: City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 1447

سپاس: 3078

جنسیت:

تماس:

پنهان کردن حرکت حرکتی به‌شکل گرما

پست توسط rohamjpl »

بله و خیر. در یک سیستم مکانیکی منظم با قطعات ماکروسکوپی، تکانه را نمی توان برای چشم انسان "پنهان" کرد. اما در سیستم های دیگر، تکانه را می توان پنهان کرد. به عنوان مثال، در یک سیستم الکترومغناطیسی، تکانه می تواند به میدان الکترومغناطیسی منتقل شود، که در اکثر فرکانس ها برای چشم انسان نامرئی است. بنابراین، تکانه را می توان در میدان الکترومغناطیسی "پنهان" کرد. اجازه دهید این موضوع را عمیق تر بررسی کنیم.
هر سیستم ایزوله از قانون بقای انرژی پیروی می کند که می گوید اگر هیچ انرژی از خارج استخراج یا وارد سیستم نشود، کل انرژی آن در زمان ثابت می ماند. به عنوان مثال، دو توپ هاکی را در نظر بگیرید که روی یخ به سمت یکدیگر می لغزند. اگر انرژی جنبشی (حرکتی) هر دو پوک را قبل از برخورد جمع کنید، متوجه خواهید شد که این انرژی با مجموع هر دو انرژی پس از برخورد آنها برابر است. ما در واقع می‌توانیم از بقای انرژی همراه با برخی اطلاعات دیگر برای پیش‌بینی آنچه در یک برخورد ساده مانند این اتفاق می‌افتد استفاده کنیم.

اما حالا فرض کنید دو پک را با همان سرعت مستقیم به هم شلیک کرده و کناره های آنها را با چسب کامل بپوشانیم. چه اتفاقی می افتد؟ البته هنگامی که پوک ها با هم تماس پیدا می کنند، به هم می چسبند و هر دو با سرعت صفر و در نتیجه انرژی جنبشی صفر به پایان می رسند. این بدان معنی است که کل انرژی جنبشی سیستم دو پوک در ابتدا مقدار زیادی بود، اما انرژی جنبشی کل در پایان صفر بود (حداقل طبق چشم انسان). آیا چسب قانون بقای انرژی را شکسته است؟ نه. اگر تحلیل دقیقی از این رویداد انجام می دادید و هر چیزی را که فکرش را می کنید اندازه می گرفتید، متوجه می شدید که گرما (انرژی گرمایی) در دو پیک پس از برخورد دقیقاً به همان میزان انرژی جنبشی افزایش می یابد که به نظر می رسید. ناپدید می شوند (بی توجهی به اصطکاک یخ). بنابراین انرژی جنبشی ماکروسکوپی به گرما تبدیل شده است. تا زمانی که گرما را به عنوان یکی از چیزهایی که به کل انرژی کمک می کند اضافه کنیم، قانون بقای انرژی همچنان پابرجاست. به چنین برخوردی برخورد غیر کشسان می گویند.
اما گرما چیست؟ در سطح اتمی، متوجه می‌شویم که اتم‌های مواد داغ‌تر سریع‌تر می‌لرزند و با سرعت‌های بالاتری در اطراف حرکت می‌کنند. بنابراین انرژی حرارتی فقط انرژی جنبشی ذرات میکروسکوپی با حرکت تصادفی است. هنگامی که این دو پوکه با چسب به هم می‌چسبند، انرژی جنبشی آنها واقعاً به چیزی مرموز به نام "گرما" تبدیل نمی‌شود. انرژی جنبشی مرتب و ماکروسکوپی آنها (مرتب شده به این معنا که تمام اتم‌های موجود در یخ همراه با پوک در حال حرکت هستند) به سادگی به انرژی جنبشی تصادفی میکروسکوپی تبدیل می‌شود. اتم‌های سطح هر پوکه به هم می‌کوبند، جابه‌جا می‌شوند، به اتم‌های دیگر کوبیده می‌شوند و به همین ترتیب ارتعاش ایجاد می‌کنند. انرژی جنبشی منظم و ماکروسکوپی برای چشم انسان آشکار است (ما می بینیم که جن در حال حرکت است)، اما انرژی جنبشی تصادفی میکروسکوپی برای چشم انسان نامرئی است (ما نمی توانیم مستقیماً تکان خوردن اتم ها را ببینیم). به این معنا، یک برخورد غیرکشسان باعث می شود که مقداری از انرژی جنبشی به شکل گرما از چشم انسان «پنهان» شود. اگر فقط اشکال انرژی قابل مشاهده با چشم انسان را در نظر بگیریم، به نظر می رسد که چسب قانون بقای انرژی را شکست می دهد. اما اگر انرژی جنبشی پنهان (گرما) را در نظر بگیریم، قانون همچنان پابرجاست.
اکنون قانون دیگری به نام قانون بقای تکانه وجود دارد. بیان می کند که تکانه کل یک سیستم جدا شده قبل از یک رویداد باید برابر با تکانه کل سیستم بعد از رویداد باشد. تفاوت این قانون با قانون بقای انرژی چیست؟ تفاوت این است که انرژی فقط یک عدد است، در حالی که تکانه یک جهت دارد. بنابراین، حفظ تکانه چیزهایی را به ما می گوید: دو پوکه در ابتدا به سمت راست حرکت می کنند و با هم برخورد می کنند (مثلاً به این دلیل که یکی سریع تر می رود و از دیگری سبقت می گیرد) پس از برخورد باید همچنان به سمت راست حرکت کنند. حرکت کل هر دو پوک در ابتدا به سمت راست است، بنابراین در پایان باید به سمت راست باشد. قانون بقای انرژی نمی تواند این را به ما بگوید زیرا چیزی در مورد جهت ها نمی گوید. یا به طور مشابه، اگر یک پوک که به سمت شرق حرکت می کند به یک پوک دیگر که به سمت شمال حرکت می کند نزدیک شود، حرکت کل در جهت شمال شرقی است. حفظ تکانه به ما می گوید که پس از برخورد، تکانه کل باید همچنان در جهت شمال شرقی باشد.
از آنجایی که تکانه درست مانند انرژی از قانون بقای پیروی می کند، و از آنجایی که انرژی جنبشی می تواند به شکل حرکت میکروسکوپی از چشم انسان پنهان شود، طبیعی است که تعجب کنیم که آیا تکانه را نیز می توان پنهان کرد. آیا سیستم دوپاک چسب در هنگام برخورد، تکانه را به شکلی پنهان تبدیل می‌کند، و بنابراین به نظر می‌رسد مقداری تکانه در چشم انسان «از بین می‌رود»؟ نه. دلیل منفی بودن پاسخ این است که حرکت جهت دار است. اتم‌ها در واقع پس از یک برخورد غیرکشسان سریع‌تر تکان می‌خورند، اما تکانه کل اتم‌ها که در جای خود تکان می‌خورند همیشه صفر است. به بیان ساده، وقتی حرکت اتمی تصادفی است، برای هر اتمی که به سمت چپ می رود، اتم دیگری به سمت راست می رود، به طوری که جهت آنها اضافه می شود.به صفر از آنجایی که تکانه جهت حرکت را توصیف می کند، تکانه حرکت حرارتی ساده صفر است. برای اینکه تکانه صفر نباشد، همه اتم ها باید کم و بیش در یک جهت حرکت کنند. اما وقتی همه اتم ها در یک جهت حرکت می کنند، خود جسم ماکروسکوپی در حال حرکت به جایی است که برای چشم انسان کاملاً قابل مشاهده است. از آنجایی که تکانه جهت دار است، نمی توان آن را به صورت حرکت اتمی تصادفی از چشم انسان پنهان کرد. بنابراین، حتی اگر کناره ها را با چسب بپوشانیم تا بچسبند، کل تکانه مرئی قبل برابر با کل تکانه مرئی بعد خواهد بود. این منطقی است زیرا اگر دو پوک با سرعت یکسان از جهات مخالف یکدیگر پرواز کنند (و جرم یکسانی داشته باشند)، کل تکانه آنها قبل از آن صفر است (شرق به اضافه همان مقدار غرب برابر است با صفر)، بنابراین تکانه کل آنها پس از چسبیدن به هم صفر است (صفر به علاوه صفر برابر با صفر است).
این ایده فراتر از برخورد پیک ها است. هر سیستم مکانیکی ماکروسکوپی نمی تواند تکانه را پنهان کند. اما اگر سیستم دارای قطعاتی باشد که به قدری کوچک هستند که با چشم غیرمسلح نامرئی باشند و این قسمت‌ها بتوانند حرکت منظمی داشته باشند، تکانه می‌تواند در این قسمت‌ها منتقل و پنهان شود. به عنوان مثال، اگر یک توپ تنیس با دانه‌های گرد و غباری پوشیده شده باشد که آنقدر کوچک هستند که نمی‌توانید آن‌ها را ببینید، وقتی توپ تنیس ضربه می‌خورد، گرد و غبار می‌تواند به یک طرف پرواز کند و مقداری از تکانه را از بین ببرد. اگر متوجه گرد و غبار نشویم و آن را در محاسبات خود لحاظ نکنیم، متوجه می شویم که مقداری از تکانه کل پس از برخورد پنهان می شود.I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260 رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست